High frequency vibrations of thin plates

Abstract

Titreşen sistemlerin yüksek frekans dinamiğinin analizinde, cevap düzeyini tanımlayabilmek için genellikle ortalama enerji kestirimi göz önüne alınır. Ancak, cevabın enerji parametreleri ile ifadesi modal bilgi içermediğinden dolayı düzgün bir karakteristik sergiler. Bu yüzden, yüksek frekans zorlamalarına maruz kalan sistemler için etkili bir araca ihtiyaç duyulduğu açıktır. Bu doktora çalışması temelde böyle bir yaklaşım geliştirmekle ilgilenir. Bu bağlamda, sunulan tezde ayrık yüksek frekans cevap analizi için yeni bir yaklaşım tanıtılmıştır. Yaklaşım ayrık tekil konvolüsyon (DSC) ve mod süperpozisyonu metodlarına (MS) dayanmaktadır. İnce çubuk ve plakalar için DSC-MS' nin doğruluğu varolan analitik çözümlerle karşılaştırılarak kanıtlanmıştır. DSC-MS' nin performansı iki farklı sınır koşuluna sahip ince plakaların titreşim cevabının uzamsal dağılım ve ayrık frekans spektrum kestirimleri yapılarak değerlendirilmiştir. İkincil bir çalışma olarak, bu tez klasik DSC yöntemi için iki farklı uygulama yordamı ortaya koymuştur. Birincisi simetrik tabakalı kompozit plakaların serbest titreşim analizleri için bir algoritma, diğeri kalın çubuk ve plakaların serbest titreşimleri için bir uygulamadır. Açık literatür ile yapılan kapsamlı karşılaştırmalar DSC için ortaya konulan her iki yordamında oldukça etkili ve başarılı olduğunu göstermektedir. In the analysis of high frequency dynamics of vibrating systems, an averaged prediction of energy is generally of interest to describe the response level. However, energetic response parameters do not include modal information and thus exhibit smooth characteristics. Therefore, it is obvious for systems subjected to high frequency excitations that an efficient tool is required. This doctorate study mainly deals with the development of such an approach. In this regard, a novel scheme for the discrete high frequency response analysis was introduced in the presented thesis. The scheme is based on Discrete Singular Convolution (DSC) and Mode Superposition (MS) methods. The accuracy of the DSC-MS is validated for thin beams and plates by comparing with available analytical solutions. The performance of the DSC-MS was evaluated by predicting spatial distribution and discrete frequency spectra of the vibration response of thin plates with two different boundary conditions. As a secondary study, this thesis introduced two different application procedures for classical DSC method. The first one is an algorithm for free vibration analysis of symmetrically laminated composite plates. The second one is an implementation for free vibrations of thick beams and plates. Comprehensive comparisons with open literature state that both procedures presented for the DSC are rather effective and accurate.